Skip to main content
Report, 2011

Svensk spannmålsbaserad drank

Bernesson, Sven; Strid, Ingrid

Abstract

Spannmålsdrank används huvudsakligen till utfodring. Den kan utfodras antingen i blöt form (8,5-28 % ts), eller i torr form (90 % ts). Vanligen utfodras nötkreatur och grisar med drank, men även andra djurslag inom jordbruket kan utfodras. Dranken kan även användas som biogasråvara, bränsle eller som organiskt gödselmedel. Efter jäsningen återstår spannmålens smältbara protein i dranken (primärdrank) i huvudsakligen oförändrad form, medan nästan all stärkelse gått bort. Dranken blir därför ett proteinfoder. Då även fiberpolysackarider (cellulosa och hemicellulosa) återstår i denna drank, och dessa med annan processteknik kan brytas ner till jäsbara sockerarter och jäsas till etanol, och den drank som då återstår, s.k. sekundärdrank, kan användas i liknande tillämpningar som normal (primär) drank, studeras även detta i det här projektet. En nackdel med denna teknik är att en del av aminosyrorna i drankens protein bryts ner. I de ekonomiska beräkningarna och livscykelanalyserna har det antagits att 50 % av lysinet och 20 % av metioninet brutits ner i denna sekundära drank.

Arbetets syfte var att utvärdera hur spannmålsdrank kan användas i olika applikationer, samt att beräkna dess ekonomiska värde och produktionskostnader vid dessa användningar. Vidare att ta fram miljöbelastning såsom bl.a. emissioner av växthusgaser och energibehov för de olika användningarna vid produktion av etanol och drank. Dessutom att analysera betydelsen av att dranken behandlas med ytterligare en process, där en del av spannmålens cellulosa och hemicellulosa omvandlas till etanol, och sekundärdrank erhålles.

Idisslare, som nötkreatur och får, kan utfodras med en stor del av proteinet i fodret som vetedrank. Protein från andra källor kan behövas för att den totala mängden protein ska bete sig på önskat sätt vid matsmältningen. Till grisar och fjäderfä kan drygt 10 %, respektive ca 10 %, av fodret bestå av vetedrank. Smågrisar är känsliga för fodrets smaklighet, och det är därför inte säkert att de alltid kan äta foder som innehåller vetedrank. Till fjäderfä kan man få begränsa inblandningen av drankprodukter i fodret om gödseln skulle bli blöt och kladdig. Till hästar kan ca 10 %, i bästa fall uppåt 20 %, av kraftfodret bestå av vetedrank om man ej drabbas av smaklighetsproblem.

Spannmålsdrank kan eldas antingen blöt eller torkad beroende på eldningsutrustningen. Drank med ursprung i spannmål innehåller höga halter alkalimetaller, som ger en aska med låg smältpunkt, vilket gör att den troligen sintrar lätt. Höga halter av svavel och klor kan ge problem med korrosion. Mängden aska är ganska stor, ca 5 % av torrsubstansen. Det höga innehållet av kväve (ca 5 % av ts) gör att kväveoxidemissionerna sannolikt blir höga, och då i nivå med vad som erhållits vid eldning av rapsexpeller med ungefär samma kvävehalt, 2-3,6 gånger jämfört med kvävefattiga bränslen. Utnyttjas även en del av cellulosan och hemicellulosan för produktion av etanol (i en sekundär process), koncentreras de ämnen som ger problem vid eldningen, vilket ökar sannolikheten för problem. Dessutom blir askhalten högre, medan det totala värmevärdet minskar i takt med att cellulosa och hemicellulosa blir till etanol.

Som gödselmedel innehåller drankens torrsubstans ca 5,7 % kväve, 0,8-1,5 % fosfor och 0,9- 1,9 % kalium. Beräkningar ger att sekundärdranks torrsubstans bör innehålla ca 7,4 % kväve, 1,0-2,0 % fosfor och 1,2-2,4 % kalium. Det organiskt bundna kvävet mineraliseras (frigörs) troligen långsamt såsom hos t.ex. rapsexpeller.

Drank går bra att röta till biogas. Växtnäringen i rötad drank blir sannolikt mer växttillgänglig efter rötningen. Drank är ett kväverikt substrat som kan ge problem med hög halt av ammoniumkväve i biogasreaktorn. Detta gäller i högre utsträckning för sekundärdrank där näringsämnena koncentrerats då en del av cellulosan och hemicellulosan blivit till etanol. Utbytet i processen borde kunna bli 60-70 %, vid goda förhållanden kanske 80 %.

Kostnadsberäkningar har gjorts där det ekonomiska värdet hos spannmålsdrank beräknats utifrån de ekonomiska värdena hos korn och sojamjöl (omsättbar energi och råprotein till nötkreatur och hästar eller lysin till grisar och fjäderfä eller metionin till fjäderfä) vid utfodring, skogsflis vid eldning (effektiva värmevärdet), kväve, fosfor och kalium vid användning som gödselmedel, samt försäljning av el och fjärrvärme från en större gårdsanläggning för biogas inklusive värdet av kväve, fosfor och kalium i rötresten vid rötning. Vid rötningen studerades fall med både 60 och 80 %:s utbyte, samt fall exklusive och inklusive rötningskostnaderna. Kostnaderna studerades för åren 2005-2010. Primärdrank fick högst värde vid användning som foder till fjäderfä (metionin) följt av: foder till hästar och nötkreatur, biogas (80 %) exkl. rötningskostnader, biogas (60 %) exkl. rötningskostnader, foder till fjäderfä (lysin) och grisar, gödselmedel, eldning för uppvärmning, biogas (80 %) inkl. rötningskostnader och sämst biogas (60 %) inkl. rötningskostnader. För sekundärdrank ändras ordningsföljden så foder till hästar och nötkreatur får högst värde följt av: foder till fjäderfä (metionin), biogas (80 %) exkl. rötningskostnader, biogas (60 %) exkl. rötningskostnader, gödselmedel, foder till fjäderfä (lysin) och grisar, biogas (80 %) inkl. rötningskostnader, eldning för uppvärmning och sämst biogas (60 %) inkl. rötningskostnader. Värdet för sekundärdrank är högre än för primärdrank vid alla användningar utom vid utfodring av grisar och fjäderfän (baserat på lysin eller metionin). Orsaken till det lägre värdet, som foder till grisar och fjäderfän, är att i sekundärprocessen för att utvinna 13 % mer etanol, bryts 50 % av lysinet och 20 % av metioninet ner. Världsmarknadspriserna på korn och sojamjöl har en stor inverkan på drankens värde, liksom utbyte m.m. från biogasanläggningen. Priserna på skogsflis och gödselmedel hade något mindre inverkan på resultatet då dessa produkter hade ett lägre värde från början.

Livscykelanalyser har gjorts av produktionen av etanol med systemutvidgning, där dranken ersätter andra produkter beroende på dess användning. Följande produkter ersätts beroende av drankens användning: sojamjöl och korn vid utfodring (råprotein till nötkreatur och hästar; lysin till grisar och fjäderfä; metionin till fjäderfä); skogsflis vid eldning; konstgödsel NPK vid gödsling; vall till biogas och överskottskonstgödsel vid biogasråvara. För primärdrank blir, för global uppvärmning, ordningsföljden från lägst påverkan: fjäderfä (metionin), hästar och nötkreatur, fjäderfä och grisar (lysin), biogas (80 % och 60 %), gödselmedel och sämst eldning. Ordningsföljderna blir ungefär desamma för försurning och eutrofiering. För energiåtgång blir ordningsföljden från lägsta: biogas (80 % och 60 %), gödselmedel, eldning, fjäderfä (metionin), hästar och nötkreatur och sist fjäderfä (lysin) och grisar. För sekundärdrank blir, för global uppvärmning, ordningsföljden från lägst påverkan: hästar och nötkreatur, fjäderfä (metionin), biogas (80% och 60 %), grisar och fjäderfä (lysin), gödselmedel och sist eldning. För energiåtgång blir ordningsföljden från lägsta: biogas (80% och 60 %), hästar och nötkreatur, fjäderfä (metionin), gödselmedel, eldning, och sist grisar och fjäderfä (lysin). Produktionen av etanol och sekundärdrank ger lägst miljöbelastning då sekundärdranken blir foder till nötkreatur och hästar, samt används som biogasråvara. Vid de andra användningsområdena för dranken, ger produktionen av etanol och primärdrank lägst miljöbelastning. Energiåtgången för produktion av etanol och sekundärdrank blir, för samtliga användningsområden för dranken, högre än vid produktion av etanol och primärdrank. Orsaken till detta är att en energikrävande extra process tillkommer vid produktionen av etanol och sekundärdrank.

Låter man istället biogasen, i det ovan beskrivna systemet, ersätta bensin direkt i lätta fordon, blir miljövinsten vad gäller växthusgaser större än i alla andra fall beroende på att ett fossilt bränsle ersätts direkt. Till skillnad från de andra studerade användningsområdena för dranken, blir primärdrank bättre än sekundärdrank då den har mer cellulosa och hemicellulosa kvar som kan bli till biogas. Även energivinsten visar upp ett liknande resultat som växthusgaserna.

Energibalanser, som kan beskrivas som kvoten mellan utgående energi hos etanol och drank som effektivt värmevärde, och energiåtgången i alla steg för hela produktionskedjan, beräknades. Dessa innehåller alla steg från odlingen av höstvetet tills dess att det färdiga etanolbränslet är färdigt att tanka och dranken är transporterad till gården och då är färdig att utfodra. Dess värden har beräknats till 1,96 för etanol och primärdrank från en ordinär etanolprocess och 1,75 för etanol och sekundärdrank från en process som ger 13 % mer etanol från även en del av spannmålens cellulosa och hemicellulosa. Om dranken inte torkas förbättras dessa energibalanser till 2,84 respektive 2,22.

Om halva arealen av vete, korn och rågvete (knappt 400 000 ha) används till etanol skulle knappt 600 000 ton primärdrank erhållas. Nuvarande djurbestånd kan konsumera ungefär två tredjedelar av denna, varav mjölkkorna en tredjedel och slaktsvinen knappt en sjättedel. Om även en del av spannmålens cellulosa och hemicellulosa används för etanolproduktion erhålls ca 470 000 ton sekundärdrank, av vilken nuvarande djurbestånd kan konsumera ca tre fjärdedelar, varav mjölkkorna knappt två femtedelar och slaktsvinen knappt en femtedel. Det finns inget som direkt begränsar hur mycket spannmålsdrank som kan användas till förbränning eller som gödselmedel mer än dess ekonomiska värde vid dessa applikationer. Till förbränning är en avgörande faktor att värmeverken kan acceptera ett bränsle som sintrar (ger slagg och beläggningar i pannorna). Potentialerna från maximal mängd enligt ovan är 2,9 TWh för primärdrank och 2,5 TWh för sekundärdrank. Om drankerna enligt ovan rötas med 80 % utvinningsgrad blir potentialerna 2,4 respektive 2,1 TWh (mätt som det effektiva värmevärdet hos producerad metangas). Detta är betydligt mer än vad som kan rötas i potentiella biogasanläggningar för andra substrat, särskilt då drankprodukterna har ett högt kväveinnehåll.

Slutsatser och råd till näringen blir att dranken bör i första hand användas till utfodring. Sekundärdrank bör i första hand utfodras till idisslare. Rötningskostnaderna kan bli höga om en biogasanläggning byggs enbart för rötning av drank. Rötning av dranken är på grund av ekonomin i första hand aktuellt i rötprocesser där dranken har ett mervärde, och ej behöver bekosta själva biogasanläggningen. I annat fall kan drankrötningen bli dyr. Förbränning av dranken bör undvikas.

Utifrån områden där det finns ont om data kan förslag på vad som bör undersökas i kommande forskningsprojekt bli: Egenskaperna hos sekundärdrank studeras mer ingående vid utfodring; Dranks potential som livsmedelsråvara; Dranks potential som biogasråvara studeras mer ingående vid samrötning med andra substrat; Dranks egenskaper vid eldning ensamt och tillsammans med andra bränslen studeras i praktiska försök; Sirapsfraktionens egenskaper som bindemedel vid tillverkning av foderpellets, bränslepellets och briketter utreds mer ingående; Livscykelanalyser görs där biogas från drank ersätter olika drivmedel i olika fordonsflottor; Med livscykelanalyser och ekonomiska kalkyler jämförs olika potentiella etanolgrödors ekonomi och miljöpåverkan vid antingen produktion av etanol eller produktion av biogas.

Keywords

biobränsle, drank, etanol, biprodukter, sekundär drank, användning, livsykelanalys, LCA, miljöbelastning, energianalys, ekonomi, biofuel, distiller’s grain, ethanol, by-products, secondary distiller’s grain, use, life cycle assessment, LCA, environmental impact, energy analysis, economics

Published in

Report / Department of Energy and Tecnology, SLU
2011, number: Rapport 032
Publisher: SLU, Department of Energy and Technology

Authors' information

Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Energy and Technology
Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Energy and Technology

UKÄ Subject classification

Agricultural Science
Energy Systems
Other Environmental Engineering
Animal and Dairy Science
Veterinary Science
Bioenergy
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Renewable Bioenergy Research

URI (permanent link to this page)

https://res.slu.se/id/publ/41997